Los cuatro principales sistemas de estructuras de acero
Las estructuras de acero se clasifican por sistema estructural y comportamiento de resistencia a la carga-en cuatro tipos principales: estructuras de pórtico, estructuras de armazón, estructuras de armadura y estructuras de armazón espacial. Cada sistema tiene características distintas en cuanto a capacidad de luz, comportamiento de carga, costo y velocidad de construcción. Esta guía describe cada tipo y proporciona criterios de selección orientados al proyecto-para contratistas de ingeniería, empresas de diseño y propietarios de proyectos.
Estructura del marco del portal
Un marco de pórtico es un-sistema de poca altura de columnas verticales y vigas de techo inclinadas conectadas por juntas rígidas-resistentes a momentos, que elimina las columnas interiores y crea espacios amplios y despejados-. Los componentes clave son columnas, vigas, ménsulas de alero, correas y vigas, y refuerzos longitudinales. Las rutas de carga son simples y directas, y el sistema generalmente se configura como de un solo-tramo o de varios-tramo con bases de columnas fijas o con pasadores. Se adapta a almacenes, fábricas, garajes y salas de exposiciones de una sola-planta, y se caracteriza por su rápida construcción y bajo costo.
Estructura del cuadro (cuadro de momento)
Una estructura de marco de acero es un sistema esquelético de columnas verticales y vigas horizontales en forma de I-conectadas por uniones rígidas o con pasadores, formando un sistema de carga espacial-para cargas verticales (peso propio-, cargas de piso) y cargas laterales (viento, sísmicas). Ofrece un diseño flexible, una alta utilización del espacio y una sólida integridad general, y es el principal sistema estructural para edificios industriales de varios-pisos y rascacielos-, oficinas, centros comerciales, hoteles y marcos de soporte de equipos.
estructura de armadura
Una estructura de celosía es una estructura de miembros rectos dispuestos en unidades triangulares, que resisten cargas mediante tensión y compresión axiales. Presenta un peso propio-ligero, una gran capacidad de superación y una gran rigidez, lo que lo hace ideal para techos de luces largas-de estadios deportivos, centros de exposiciones y terminales de aeropuertos, así como para puentes y brazos de grúas.
Estructura de marco espacial
Una estructura espacial es un sistema de armadura rígida tridimensional- de miembros lineales interconectados y conectores de nodos, como juntas esféricas huecas soldadas, juntas esféricas atornilladas y juntas de placa de acero. Distribuye cargas en todas las direcciones a través de la matriz geométrica, logrando enormes luces libres de columnas-con fuerte resistencia sísmica y al viento. Se utiliza para teatros, piscinas, domos, marquesinas de estaciones de peaje-y vestíbulos de espera.
Cómo elegir el sistema de estructura de acero adecuado
Por altura del edificio y número de plantas.
Para edificios industriales de una sola-planta, almacenes y talleres sencillos, las estructuras de marco de pórtico ofrecen un diseño flexible y un coste general más bajo. Para edificios de varios-pisos, los marcos de acero articulados- rígidos proporcionan estabilidad general y cumplen con los requisitos verticales y sísmicos de la construcción-de altura media.
Por luz de techo y requisitos espaciales.
Los pórticos son económicos para luces medianas convencionales en edificios de una sola-planta. Las estructuras de armadura sirven a grandes edificios públicos que necesitan espacios libres-de columnas de mayor luz, y los marcos espaciales se eligen para luces ultra-grandes, geometrías curvas irregulares y distribución de carga tridimensional.
Por tipo de carga y condiciones de trabajo
Los edificios de carga estática-normales funcionan bien con pórticos o marcos de acero. Los edificios de molinos-de servicio pesado con puentes grúa necesitan marcos reforzados con mayor rigidez de miembros y juntas. Para condiciones de alta sismicidad, alta presión del viento o baja-temperatura, los marcos espaciales ofrecen una distribución de carga más uniforme y una mayor seguridad general.
Por presupuesto y cronograma del proyecto
Los pórticos tienen menos miembros y un alto grado de prefabricación, lo que proporciona el período de construcción más corto y el costo más económico. Las vigas de acero y los marcos de varios-pisos equilibran la calidad y la eficiencia para la mayoría de los proyectos públicos y comerciales. Los marcos espaciales requieren una fabricación personalizada y una instalación especializada y, por lo general, están reservados para edificios emblemáticos.
Por futuro mantenimiento y ampliación.
Los marcos de acero de varios- pisos con diseños flexibles se adaptan mejor a futuras adiciones verticales y modificaciones espaciales. Las estructuras de armazón y estructura espacial, con su alta estabilidad general, se adaptan a los edificios públicos que requieren una larga vida útil y un bajo mantenimiento.
Tabla de recomendaciones de selección
| Escenario del proyecto | Sistema recomendado | Razón central |
|---|---|---|
| Fábrica y almacén de una sola-planta | Estructura del marco del portal | Estructura simple, pocos componentes, bajo costo, rápida prefabricación e instalación. |
| Edificio comercial y de oficinas de varios-pisos | Estructura de marco de varios-pisos | Conexiones rígidas, fuerte resistencia sísmica, cómoda división de plantas |
| Techo de gran-luz y lugar público | estructura de armadura | Peso ligero, alta rigidez y excelente rendimiento de luz para techos abiertos. |
| Edificio emblemático y de gran- envergadura | Marco espacial / cuadrícula espacial | Sistema de tensión tridimensional-, distribución de carga uniforme, adaptable a formas complejas |
| Fábrica-de servicio pesado con grúa | Marco de pórtico reforzado/marco | Rigidez mejorada de miembros y juntas para grúas pesadas y cargas dinámicas |
Estas recomendaciones se aplican a escenarios de ingeniería convencionales. Las condiciones climáticas extremas, las luces super-altas, las cargas especiales o las formas arquitectónicas personalizadas requieren un diseño estructural y una optimización personalizados.
Preguntas frecuentes
¿Por qué se utilizan triángulos en las armaduras de acero?Las disposiciones triangulares no cambian de forma bajo carga: cada miembro soporta tensión o compresión axial únicamente, lo que hace que la armadura sea inherentemente estable y altamente eficiente en el uso del material.
¿Cuál es la diferencia entre un marco y un marco espacial?El marco resiste cargas principalmente en el plano, a través de columnas y vigas en diseños bidimensionales. Un marco espacial es una rejilla entrelazada tridimensional-que distribuye cargas en todas las direcciones, lo que se adapta a techos abiertos muy grandes y geometrías complejas.
¿Las estructuras de acero son prefabricadas?Sí. La mayoría de los componentes se fabrican y recubren en la fábrica, luego se transportan y se atornillan en el sitio, lo que acorta el período de construcción y mejora el control de calidad.
¿Por qué se utilizan estructuras de armazón en edificios de gran-altura?Los marcos de acero ofrecen una alta relación entre resistencia-y-peso, por lo que la estructura soporta su propio peso de manera eficiente y al mismo tiempo resiste las fuerzas del viento y los sísmicos; Las conexiones rígidas distribuyen las cargas laterales a través de todo el sistema.
¿Cómo ahorran las estructuras de celosía costos de material?Debido a que los miembros trabajan en pura tensión o compresión, la sección completa se utiliza de manera eficiente, lo que reduce el tonelaje total de acero necesario para soportar grandes luces abiertas en comparación con las alternativas de alma sólida-.